Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения
Значение отношения времени спада до половины амплитуды кальциевых транзиентов, измеренных с помощью кальцийчувствительных флуоресцентных красителей с низким и высоким сродством, может быть использовано для оценки буферной емкости цитозольных эндогенных кальциевых буферов (Кбуф); с этой целью сравнив...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Нейрофизиология |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68283 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения / Е.Э. Сафтенку // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 131-136. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859837509232492544 |
|---|---|
| author | Сафтенку, Е.Э. |
| author_facet | Сафтенку, Е.Э. |
| citation_txt | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения / Е.Э. Сафтенку // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 131-136. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Нейрофизиология |
| description | Значение отношения времени спада до половины амплитуды кальциевых транзиентов, измеренных с помощью кальцийчувствительных флуоресцентных красителей с низким и высоким сродством, может быть использовано для оценки буферной емкости цитозольных эндогенных кальциевых буферов (Кбуф); с этой целью сравниваются параметры, полученные в модели и натурных экспериментах. Если же распределение эндогенных буферов отличается высокой гетерогенностью, отношение времени полуспада флуоресцентных транзиентов зависит не только от Кбуф, но и от характера распределения кальциевых каналов. Наше моделирование показало, что, несмотря на значительное замедление флуоресцентных ответов при использовании кальциевого индикатора Oregon Green BAPTA-1, значение Кбуф в дендритных окончаниях гранулярных клеток мозжечка может достигать 300–500. Это может происходить в тех случаях, если эндогенный кальциевый буфер, обладающий большой емкостью, локализуется, согласно нашему предположению [1], в апикальных участках дендритных окончаний данных клеток.
Значення відношення часу спаду до половини амплітуди кальцієвих транзієнтів, виміряних за допомогою кальційчутливих флуоресцентних барвників з низькою та високою спорідненістю, може бути використано для оцінки буферної ємності цитозольних ендогенних кальцієвих буферів (Кбуф); з цією метою порівнюються параметри, отримані в моделі та натурних експериментах. Якщо ж розподіл ендогенних буферів вирізняється гетерогенністю, відношення часу напівспаду флуоресцентних транзієнтів залежить не тільки від Кбуф, але й від характеру розподілу кальцієвих каналів. Наше моделювання показало, що, незважаючи на значне сповільнення флуоресцентних відповідей при використанні кальцієвого індикатора Oregon Green BAPTA-1, значення Кбуф у дендритних закінченнях гранулярних клітин мозочка може досягати 300–500. Це може відбуватись у тих випадках, якщо ендогенний кальцієвий буфер з великою ємністю локалізується, згідно з нашим припущенням [1], в апікальних ділянках дендритних закінчень даних клітин.
The value of the ratio of half-decay times of calcium transients recorded using calcium sensitive fluorescent dyes with low and high ffinities can be used for estimating the cytosolic endogenous Ca2+ buffer capacity (k buf); for this purpose, the parameters obtained in the model and in real experiments are compared.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:35:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 131
УДК 576.32
Е. Э. САФТЕНКУ1
ОЦЕНКА ЕМКОСТИ ЭНДОГЕННЫХ КАЛЬЦИЕВЫХ БУФЕРОВ
В НЕРВНОЙ КЛЕТКЕ В СЛУЧАЕ ИХ ГЕТЕРОГЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Поступила 30.01.09
Значение отношения времени спада до половины амплитуды кальциевых транзиентов,
измеренных с помощью кальцийчувствительных флуоресцентных красителей с низким
и высоким сродством, может быть использовано для оценки буферной емкости цито-
зольных эндогенных кальциевых буферов (kбуф); с этой целью сравниваются параметры,
полученные в модели и натурных экспериментах. Если же распределение эндогенных
буферов отличается высокой гетерогенностью, отношение времени полуспада флуорес-
центных транзиентов зависит не только от kбуф, но и от характера распределения кальци-
евых каналов. Наше моделирование показало, что, несмотря на значительное замедле-
ние флуоресцентных ответов при использовании кальциевого индикатора Oregon Green
BAPTA-1, значение kбуф в дендритных окончаниях гранулярных клеток мозжечка может
достигать 300–500. Это может происходить в тех случаях, если эндогенный кальциевый
буфер, обладающий большой емкостью, локализуется, согласно нашему предположе-
нию [1], в апикальных участках дендритных окончаний данных клеток.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: эндогенный буфер, кальциевый ток, гранулярные клетки
мозжечка, модель, флуоресцентный кальциевый индикатор.
1 Институт физиологии им. А. А. Богомольца НАН Украины, Киев
(Украина).
Эл. почта: esaft@biph.kiev.ua (Е. Э. Сафтенку).
ВВЕДЕНИЕ
Для оценки буферной емкости кальциевых эндоген-
ных буферов в цитозоле клеток (kбуф) часто исполь-
зуются два метода, предложенных Неером и Огести-
ном [2]. Эти методы основаны на существовании
прямой пропорциональной зависимости постоянной
времени спада кальциевого транзиента и обратной –
вызванного изменения концентрации Ca2+ ([Ca2+]i)
от добавленной буферной емкости индикатора (кра-
сителя, обладающего свойствами экзогенного каль-
циевого буфера). Данные методы были использова-
ны для определения kбуф в соме [3], дендритах [4, 5]
и аксонных терминалях [6, 7] различных нейронов.
Однако такой подход применим только в тех случа-
ях, когда кальциевые транзиенты (изменения [Ca2+]i)
могут быть описаны при помощи однокомпартмент-
ной модели, а скорость удаления Ca2+ из цитозоля
линейно зависит от [Ca2+]i. Поэтому о свойствах эн-
догенных буферов иногда судят на основании ре-
зультатов сравнения параметров кальциевых сиг-
налов, измеренных в натурном эксперименте, и
аналогичных сигналов, полученных с использова-
нием модели [8, 9]. В нашей предыдущей работе [1]
мы показали, что взаимооднозначное соответствие
между отношением времени спада до половины ам-
плитуды (полуспада, t1/2) моделируемых транзиен-
тов концентраций индикаторов, связанных с Са2+ и
обладающих разным сродством к указанным ионам,
и тем значением kбуф, которое позволяет воспроиз-
вести измеренные в эксперименте флуоресцентные
транзиенты, может быть получено при условии од-
нородного распределения в клетке фиксированного
буфера. В данном сообщении мы рассмотрим, как
оценка kбуф зависит от гетерогенного распределения
эндогенных кальциевых буферов; эта зависимость
анализируется на основе результатов, полученных
с использованием мультикомпартментной модели
нейрона [1].
МЕТОДИКА
Мультикомпартментная модель гранулярной клет-
ки (ГрК) мозжечка и моделирование динамики Са2+
в такой клетке были детально описаны нами ранее
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2132
[1]. Вкратце, модельная клетка состояла из сомы и
материнского дендрита, который заканчивался тре-
мя пальцеобразными отростками. В присутствии
блокаторов АТФаз саркo(эндо)плазматического ре-
тикулума вызванные деполяризацией кальциевые
транзиенты определяются процессом входа Са2+
(Rвход), связыванием этих ионов с буферами (буфери-
зацией – Rбуф), выделением Са2+ из клетки (Rвыдел, ПM),
его утечкой через плазматическую мембрану (RПM, ут)
и диффузией (Rдиф):
Кальциевые ответы в окончаниях дендритов
ГрК, которые были вызваны длящейся 200 мс де-
поляризацией плазматической мембраны от –70 до
0 мВ, моделировались, и полученные данные срав-
нивались с опубликованными результатами экс-
периментальных измерений таких ответов, т. е.
относительных изменений интенсивности флу-
оресценции по сравнению с ее изначальным зна-
чением (∆F/F) [10]. Было показано [1], что мито-
хондриальный транспорт Са2+ не может заметно
влиять на подобные транзиенты. Значения макси-
мальной кальциевой проводимости (gmax, Ca) и мак-
симальной скорости выведения кальция (vmax, ПM)
подгонялись таким образом, чтобы воспроизвести
усредненное изменение флуоресценции в окон-
чаниях дендритов ГрК, измеряемое в конфигура-
ции «целая клетка» с помощью индикатора Oregon
Green BAPTA-1 (OGB1), а также градиент интен-
сивности флуоресценции вдоль дендрита ГрК. Зна-
чение максимального изменения флуоресценции
(∆F/F)max, при котором происходило полное насы-
щение OGB1 в экспериментах Гола и соавт.[10], по-
служивших основой для нашего моделирования, не
было определено. Мы предположили, что оно на-
ходится в интервале 0.4−0.6 [1]. Для расчета пико-
вой амплитуды кальциевого тока (ICa) полученная в
модели пиковая амплитуда плотности этого тока в
каждом компартменте клетки умножалась на пло-
щадь поверхности такого компартмента и среднее
число компартментов в зрелой ГрК [10] (сома, че-
тыре материнских дендрита и 12 пальцеобразных
отростков).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Оценка kбуф при наличии по-разному распределен-
ных эндогенных буферов анализировалась с по-
мощью модели кальциевой сигнализации в ГрК
мозжечка [1]. Сначала мы включили в модель одно-
родно распределенный эндогенный буфер с низким
сродством (константа диссоциации Kd =10 мкM) и
общей концентрацией [Буф]T = 500 мкM. Как видно
из рис. 1, А, использование графика зависимости
t1/2 изменения [Ca2+]i от буферной емкости добав-
ленного индикатора OGB1 (kOGB1) не позволяет по-
лучить надежную оценку kбуф в дендритных окон-
чаниях модельной ГрК. Несмотря на кажущийся
линейный характер зависимости t1/2 от kOGB1, оценка
kбуф = 100, которая была установлена соответствен-
но пересечению оси абсцисс графиком зависимо-
сти t1/2 от kOGB1, отделяющему негативные значения,
оказывается существенно большей, чем значение
kбуф эндогенного буфера, которое мы использовали
в модели (50). Если же скорость выведения Са2+ из
модельной клетки линейно зависела от [Ca2+]i, мы
получали оценку kбуф (~55) со значительно меньшей
погрешностью. В отличие от этого подхода модели-
рование изменений концентраций связанных с Са2+
двух индикаторов с высоким и низким сродством –
OGB1 (Kd = 0.2 мкM) и Маг-Фура-2 (Kd = 25 мкM),
а затем расчет отношения значений t1/2 транзиен-
тов упомянутых концентраций OGB1 и Maг-Фура2
(ООФ), полученных в модели и в натурных экспе-
риментах, могут дать весьма точную оценку kбуф (Б).
Однако последнее утверждение будет справедливым
только в том случае, если эндогенный буфер распре-
делен в клетке однородно. Если же такой буфер рас-
пределен гомогенно в дендритных окончаниях, но
гетерогенно в материнском дендрите, а для оценки
kбуф в дендритных окончаниях используется модель с
однородным распределением буфера в клетке, ошиб-
ка в оценке значения kбуф может достигать 20 % (Б).
В случае же, когда в апикальной части дендритных
окончаний локализуется буфер, имеющий достаточ-
но большую емкость (соответствующее предположе-
ние было сделано в нашей предыдущей работе [1]),
ошибка в оценке kбуф, основанная на некорректной
предпосылке, становится намного больше.
Одинаковая плотность кальциевых каналов в
пределах всего дендритного окончания привела бы
к большому продольному потоку Ca2+ из части ден-
дритного окончания, в которой буфер, обладающий
большой емкостью, отсутствует, в ту его часть, где
данный буфер концентрируется. По этой причине
наблюдался бы очень быстрый спад флуоресцент-
ного транзиента, измеряемого посередине дендрит-
ного окончания. Приблизительно одинаковый вре-
менной ход флуоресцентных транзиентов во всех
Е. Э. САФТЕНКУ
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 133
частях дендритного окончания ожидался бы только
в тех случаях, когда плотность кальциевых кана-
лов была бы намного большей в апикальной части
пальцеобразного отростка, чем во всех остальных
его частях (рис. 2, А). Следует заметить, что ООФ
для участка посередине дендритного окончания,
рассчитанный с помощью такой модели, оказался
намного больше ОOФ, полученного с использова-
нием модели с однородным распределением буфе-
ров, в которую был включен эндогенный буфер с
низким сродством в той же концентрации (рис. 2).
Это происходит потому, что отношение общей бу-
ферной емкости посередине дендритного оконча-
ния и в его апикальной части в присутствии Маг-
Фура-2 меньше, чем в случае присутствия ОGB1.
Значение kбуф в дендритном окончании зависит не
только от общей концентрации буфера, но и от
плотности кальциевых каналов в апикальной части
пальцеобразного отростка. Для каждого значения
максимальной кальциевой проводимости (gmax, Ca)
в этой области можно подобрать такую величину
[Буф]T гомогенно распределенного буфера с низ-
ким сродством, при которой в модели будет доста-
точно хорошо воспроизводиться вызванное деполя-
ризацией изменение флуоресценции в дендритном
окончании ГрК, измеренное с помощью ОGB1, а
значение ОOФ модельных транзиентов будет соот-
ветствовать значению ООФ, полученному в натур-
ных экспериментах (рис. 3, А). Несмотря на то, что
в дендритных окончаниях ГрК значение t1/2 OGB1-
ответов по меньшей мере в четыре раза больше,
чем t1/2 флуоресцентных ответов в случае исполь-
зования Маг-Фура-2 (Гол, частное сообщение),
значение kбуф фиксированного буфера в данном
компартменте может быть достаточно большим и
достигать 300−500. Соответственно, чтобы вос-
произвести усредненный экспериментальный флу-
оресцентный транзиент, должны быть подобраны и
бóльшие значения gmax, Ca, чем в случае гомогенного
распределения эндогенных буферов [1]. Результаты
таких модельных реализаций дают дополнительное
объяснение расхождению между характеристиками
Р и с. 1. Оценка буферной емкости эндогенных буферов
по отношению к Ca2+ (kбуф) на основании кинетического
анализа кальциевых транзиентов, вызванных деполяризацией
плазматической мембраны.
А − влияние добавленной кальциевой буферной емкости
OGB1 на динамику [Ca2+]i в дендритном окончании. По оси
абсцисс – буферная емкость OGB1; по оси ординат – время
полуспада кальциевых транзиентов, мс. Эндогенная буферная
емкость оценивалась по пересечению графиком оси абсцисс.
Общая концентрация эндогенного буфера [Буф]T = 500 мкM.
Для моделирования нелинейного выведения Ca2+ из клетки (1)
концентрация, при которой скорость его выведения была равна
50 % максимальной, полагалась равной 0.83 мкM. Линейный
характер выведения Ca2+ из клетки (2) моделировался как
Rвыдел, ПМ = vmax, ПM([Ca2+]i – [Ca2+]i,0), где vmax, ПM − максимальная
скорость выведения, [Ca2+]i,0 − [Ca2+]i в состоянии покоя. Для 1
и 2 максимальная кальциевая проводимость gmax, Ca = 1.81 ⋅ 10–5
См ⋅ cм–2 в дендритных окончаниях и 0.486 ⋅ 10–5 См ⋅ cм–2 в
материнских дендритах; vmax, ПM = 3.08 пмоль/(cм–2 ⋅ с)–1 (1) и
3.25 ⋅ 10–3 мкм ⋅ мс–1 (2) в обоих сравниваемых компартментах
[1]. Б − зависимость отношения времени полуспада транзиентов
концентраций OGB1 и Маг-Фура-2, связанных с Са2+ (OOФ), от
буферной емкости фиксированного эндогенного буфера kбуф в
модели с неоднородным распределением потенциалзависимых
кальциевых каналов (1) и в модели с неоднородным
распределением эндогенного буфера (2), который находился в
материнском дендрите в бóльших концентрациях (14, 16.5, 26.5
и 39 мM для четырех точек соответственно), чем в дендритном
окончании. Для подгонки параметров максимальное изменение
интенсивности флуоресценции (∆F/F)max было принято равным
0.6. Подробные объяснения в тексте.
Р и с. 1. Оцінка буферної ємності ендогенних буферів відносно
Са2+ (kбуф) на основі кінетичного аналізу кальцієвих транзієнтів,
викликаних деполяризацією плазматичної мембрани.
А
2.5
Б
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0 400 800
мс
20
15
10
5
0
0 200 400
1
2
1
2
ОЦЕНКА ЕМКОСТИ ЭНДОГЕННЫХ КАЛЬЦИЕВЫХ БУФЕРОВ В НЕРВНОЙ КЛЕТКЕ
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2134
Р и с. 2. Моделирование флуоресцентных транзиентов, вызванных деполяризацией плазматической мембраны, в дендритных
окончаниях гранулярных клеток.
А–Г − изменения концентрации связанного с Ca2+ красителя OGB1 – [CaOGB1] (А, В) и концентрации связанного с Са2+ Маг-
Фура-2 – [CaMgFura] (Б, Г). Профили показаны для участков, находящихся посередине (1) и в апикальной части (2) дендритного
окончания. На всех фрагментах А–Г в модель включен буфер с константой диссоциации Kd = 10 мкM и [Буф]T = 800 мкM. А и Б – в
условиях добавления буфера со свойствами кальретинина, который локализован в апикальной части дендритных окончаний и
обладает 40 мM мест связывания с Ca2+. На Б транзиент 1 убывает в 9.5 раза быстрее, чем на А, а на Г – в четыре раза быстрее, чем
на В. На А и Б в апикальной части дендритного окончания gmax, Ca = 92 ⋅ 10–5 См ⋅ cм–2 и vmax, ПM = 200 пмоль (cм2 ⋅ с)–1, в остальной
части дендритного окончания gmax, Ca = 1.99 ⋅ 10–5 См ⋅ cм–2 и vmax, ПM = 3.66 пмоль (cм2 ⋅ с)–1 и в материнском дендрите gmax, Ca =
= 0.52 ⋅ 10–5 См ⋅ cм–2 и vmax, ПM = 3.66 пмоль (cм2 ⋅ с)–1. На В и Г gmax,Са = 1.93 ⋅ 10–5 См ⋅ cм–2 в дендритном окончании и 0.52 ⋅ 10–5
См ⋅ cм–2 в материнском дендрите, vmax, ПM = 2.34 пмоль (cм2 ⋅ с)–1 в обоих компартментах. Графики 1 и 2 совпадают. По оси абсцисс −
время, с; по оси ординат − [CaOGB1], мкМ (на А и В) и [CaMgFura2], мкМ (на Б и Г).
Р и с. 2. Моделювання флуоресцентних транзієнтів, викликаних деполяризацією плазматичної мембрани, у дендритних закінченнях
гранулярних клітин.
типичных измеряемых кальциевых токов (ICa) в ГрК
мозжечка (пиковая амплитуда 120−150 пA [11]) и
ICa, полученных в модели с однородным распреде-
лением эндогенного буфера (5−9 pA для (∆F/F)max в
интервале 0.4−0.6). Чтобы согласовать результаты
экспериментальных измерений и данные, получен-
ные в модели, мы предположили, что буфер с вы-
соким сродством (предположительно кальретинин)
локализуется как в соме, так и в апикальных частях
дендритных окончаний ГрК [1]. При допущении ге-
терогенности распределения буфера в соме ГрК мы
получили пиковую амплитуду ICa в модели, равную
24−49 пA [1]. При допущении же локализации бу-
фера со свойствами кальретинина как в соме, так
и в дендритах ГрК пиковая амплитуда ICa в модели
составляла 45−82 пA (Б).
А
100
мкМ
Б
80
60
40
100
80
60
40
8
6
4
2
0
0 1 2 c 0 1 2 c
1
2
2
1
1, 2
1, 2
В Г
мкМ
мкМмкМ
10
8
6
4
2
0
Е. Э. САФТЕНКУ
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2 135
Наши результаты показывают, что в случае лока-
лизации некоторого эндогенного буфера непосред-
ственно под плазматической мембраной в местах
больших входящих потоков Ca2+ в клетку [12] ООФ,
измеренный в том или ином сегменте дендрита, мо-
жет существенно зависеть не только от буферной
емкости эндогенного буфера в данном сегменте, но
и от гетерогенности распределения кальциевых ка-
налов в плазматической мембране дендрита. По-
этому значительное замедление флуоресцентных
кальциевых транзиентов в тех случаях, когда изме-
рения выполняются с помощью индикатора с боль-
шим сродством к Ca2+, может вовсе не означать, что
емкость кальциевых эндогенных буферов по отно-
шению к Ca2+ невелика. Если характер распределе-
ния эндогенных буферов в клетке неизвестен, срав-
нение значений ООФ в модели и эксперименте даже
при том условии, что свойства буферов и параме-
тры выведения Ca2+ из клетки выяснены достаточ-
но детально, может дать не более надежную оценку
kбуф, чем графики зависимости постоянной времени
убывания кальциевых транзиентов от добавленной
буферной емкости индикатора. Если же допустить,
что буфер с большой емкостью локализован под
плазматической мембраной и дендритных оконча-
ний, и сомы и что распределение кальциевых ка-
налов в дендритных окончаниях ГрК мозжечка от-
личается высокой гетерогенностью, рассчитанные
параметры ICa соответствуют значениям типичных
вызванных деполяризацией ICa в ГрК, измеренных в
натурном эксперименте.
О. Е. Сафтенку1
ОЦІНКА ЄМНОСТІ ЕНДОГЕННИХ КАЛЬЦІЄВИХ
БУФЕРІВ У НЕЙРОНІ В РАЗІ ЇХ ГЕТЕРОГЕННОГО
РОЗПОДІЛУ
1 Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України,
Київ (Україна).
Р е з ю м е
Значення відношення часу спаду до половини амплітуди
кальцієвих транзієнтів, виміряних за допомогою кальцій-
чутливих флуоресцентних барвників з низькою та високою
спорідненістю, може бути використано для оцінки буферної
ємності цитозольних ендогенних кальцієвих буферів (kбуф);
з цією метою порівнюються параметри, отримані в моде-
лі та натурних експериментах. Якщо ж розподіл ендоген-
них буферів вирізняється гетерогенністю, відношення часу
напівспаду флуоресцентних транзієнтів залежить не тільки
від kбуф, але й від характеру розподілу кальцієвих каналів.
Наше моделювання показало, що, незважаючи на значне
сповільнення флуоресцентних відповідей при використан-
ні кальцієвого індикатора Oregon Green BAPTA-1, значення
kбуф у дендритних закінченнях гранулярних клітин мозочка
може досягати 300–500. Це може відбуватись у тих випад-
ках, якщо ендогенний кальцієвий буфер з великою ємністю
локалізується, згідно з нашим припущенням [1], в апікаль-
них ділянках дендритних закінчень даних клітин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. E. Saftenku, “Computational study of non-homogeneous
distribution of Ca2+ handling systems in cerebellar granule
cells,” J. Theor. Biol., 1257, 228-244 (2009).
2. E. Neher and G. J. Augustine, “Calcium gradients and buffers
in bovine chromaffin cells,” J. Physiol., 450, 273-301 (1992).
3. J. Palecek, M. B. Lips, and B. U. Keller, “Calcium dynamics
and buffering in motoneurons of the mouse spinal cord,” J.
Physiol., 520, Part 2, 485-502 (1999).
4. F. Helmchen, K. Imoto, and B. Sakmann, “Ca2+ buffering and
action potential-evoked Ca2+ signaling in dendrites of pyramidal
neurons,” Biophys. J., 70, No. 2, 1069-1081 (1996).
БA
500
400
300
200
100
80
60
40
20
0
0.05 0.10 0.15 мСм · см–2 0.05 0.10 0.15 мСм · см–2
пА
Р и с. 3. Зависимость емкости эндогенных кальциевых буферов
(kбуф) и амплитуды кальциевого тока (ICa), рассчитанных с
использованием модели, от плотности кальциевых каналов.
А − график зависимости kбуф, при котором ООФ в модели
равен 4.0, от значения gmax, Ca в апикальной части дендритного
окончания. (∆F/F)max = 0.6 (для 1) и 0.4 (для 2). Б −
зависимость рассчитанного ICa от gmax, Ca в апикальной части
дендритного окончания в моделях с буфером большой емкости,
локализованным только в апикальной части дендритных
окончаний (1, 2) или и в апикальной части дендритных
окончаний, и в соме (3, 4). (∆F/F)max = 0.6 (1, 3) и 0.4 (2, 4);
vmax, ПM = 200 пмоль (см2 ⋅ с)-1. В случае гомогенного распределения
буферов в дендритном окончании kбуф = 50 (для (∆F/F)max = 0.4) и
80 (для (∆F/F)max = 0.6). По оси абсцисс − gmax,Ca, мСм ⋅ см–2; по
оси ординат − kбуф (на А) и ICa, пА (на Б). Подробные объяснения
в тексте.
Р и с. 3. Залежність ємності ендогенних кальцієвих буферів (kбуф)
і амплітуди кальцієвого струму, розрахованих з використанням
моделі, від щільності кальцієвих каналів.
ОЦЕНКА ЕМКОСТИ ЭНДОГЕННЫХ КАЛЬЦИЕВЫХ БУФЕРОВ В НЕРВНОЙ КЛЕТКЕ
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2009.—T. 41, № 2136
5. B. L. Sabatini, T. G. Oertner, and K. Svoboda, “The life cycle
of Ca2+ ions in dendritic spines,” Neuron, 33, No. 3, 439-452
(2002).
6. S. D. Brenowitz and W. G. Regehr, “Reliability and
heterogeneity of calcium signaling at single presynaptic
boutons of cerebellar granular cells,” J. Neurosci., 27, No. 30,
7888-7898 (2007).
7. M. B. Jackson and S. J. Redman, “Calcium dynamics,
buffering, and buffer saturation in the boutons of dentate
granule-cell axons in the hilus,” J. Neurosci., 23, No. 5, 1612-
1621 (2003).
8. F. D. Marengo and J. R. Monck, “Development and dissipation
of Ca2+ gradients in adrenal chromaffin cells,” Biophys. J., 79,
No. 4, 1800-1820 (2000).
9. D. A. Rusakov, F. Saitow, K. P. Lehre, and S. Konishi,
“Modulation of presynaptic Ca2+ entry by AMPA receptors
at individual GABAergic synapses in the cerebellum,” J.
Neurosci., 25, No. 20, 4930-4940 (2005).
10. D. Gall, F. Prestori, E. Sola, et al., “Intracellular calcium
regulation by burst discharge determines bidirectional long-
term synaptic plasticity at the cerebellum input stage,” J.
Neurosci., 25, No. 19, 4813-4822 (2005).
11. P. Rossi, E. D’Angelo, J. Magistretti, et al., “Age-dependent
expression of high-voltage activated calcium currents during
cerebellar granule cell development in situ,” Pflügers Arch.,
429, No. 1, 107-116 (1994).
12. N. J. Hack, M. C. Write, K. M. Charters, et al., “Developmental
changes in the subcellular localization of calretinin,” J.
Neurosci., 20, No. 7, RC67 (2000).
Е. Э. САФТЕНКУ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68283 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0028-2561 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:35:55Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сафтенку, Е.Э. 2014-09-20T13:11:24Z 2014-09-20T13:11:24Z 2009 Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения / Е.Э. Сафтенку // Нейрофизиология. — 2009. — Т. 41, № 2. — С. 131-136. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0028-2561 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68283 576.32 Значение отношения времени спада до половины амплитуды кальциевых транзиентов, измеренных с помощью кальцийчувствительных флуоресцентных красителей с низким и высоким сродством, может быть использовано для оценки буферной емкости цитозольных эндогенных кальциевых буферов (Кбуф); с этой целью сравниваются параметры, полученные в модели и натурных экспериментах. Если же распределение эндогенных буферов отличается высокой гетерогенностью, отношение времени полуспада флуоресцентных транзиентов зависит не только от Кбуф, но и от характера распределения кальциевых каналов. Наше моделирование показало, что, несмотря на значительное замедление флуоресцентных ответов при использовании кальциевого индикатора Oregon Green BAPTA-1, значение Кбуф в дендритных окончаниях гранулярных клеток мозжечка может достигать 300–500. Это может происходить в тех случаях, если эндогенный кальциевый буфер, обладающий большой емкостью, локализуется, согласно нашему предположению [1], в апикальных участках дендритных окончаний данных клеток. Значення відношення часу спаду до половини амплітуди кальцієвих транзієнтів, виміряних за допомогою кальційчутливих флуоресцентних барвників з низькою та високою спорідненістю, може бути використано для оцінки буферної ємності цитозольних ендогенних кальцієвих буферів (Кбуф); з цією метою порівнюються параметри, отримані в моделі та натурних експериментах. Якщо ж розподіл ендогенних буферів вирізняється гетерогенністю, відношення часу напівспаду флуоресцентних транзієнтів залежить не тільки від Кбуф, але й від характеру розподілу кальцієвих каналів. Наше моделювання показало, що, незважаючи на значне сповільнення флуоресцентних відповідей при використанні кальцієвого індикатора Oregon Green BAPTA-1, значення Кбуф у дендритних закінченнях гранулярних клітин мозочка може досягати 300–500. Це може відбуватись у тих випадках, якщо ендогенний кальцієвий буфер з великою ємністю локалізується, згідно з нашим припущенням [1], в апікальних ділянках дендритних закінчень даних клітин. The value of the ratio of half-decay times of calcium transients recorded using calcium sensitive fluorescent dyes with low and high ffinities can be used for estimating the cytosolic endogenous Ca2+ buffer capacity (k buf); for this purpose, the parameters obtained in the model and in real experiments are compared. ru Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України Нейрофизиология Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения Оцінка ємності ендогенних кальцієвих буферів у нервовій клітині в разі їх гетерогенного розподілу Estimation of the Capacity of Heterogeneously Distributed Endogenous Calcium Buffers in a Neuron Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения Сафтенку, Е.Э. |
| title | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения |
| title_alt | Оцінка ємності ендогенних кальцієвих буферів у нервовій клітині в разі їх гетерогенного розподілу Estimation of the Capacity of Heterogeneously Distributed Endogenous Calcium Buffers in a Neuron |
| title_full | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения |
| title_fullStr | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения |
| title_full_unstemmed | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения |
| title_short | Оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения |
| title_sort | оценка емкости эндогенных кальциевых буферов в нервной клетке в случае их гетерогенного распределения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68283 |
| work_keys_str_mv | AT saftenkueé ocenkaemkostiéndogennyhkalʹcievyhbuferovvnervnoikletkevslučaeihgeterogennogoraspredeleniâ AT saftenkueé ocínkaêmnostíendogennihkalʹcíêvihbuferívunervovíiklítinívrazííhgeterogennogorozpodílu AT saftenkueé estimationofthecapacityofheterogeneouslydistributedendogenouscalciumbuffersinaneuron |